千里巖海域國家級水產種質資源保護區現狀調查與評價*

姜向陽 于廣磊 宋秀凱 劉愛英 唐海田 何健龍 高繼慶 劉麗娟①

(1. 山東省海洋資源與環境研究院 山東省海洋生態修復重點實驗室 山東 煙臺 264006；2. 國家海洋局煙臺海洋環境監測中心站 山東 煙臺 264006)

刺參(Apostichopus japonicus)和皺紋盤鮑(Haliotis discus hannai)是我國傳統海珍品，隨著對其醫療藥用和保健價值的認識，開發利用日益廣泛，市場需求迅速增加。山東和遼寧沿海是我國刺參和皺紋盤鮑最重要的自然分布區(廖玉麟, 1997; 束靖等, 2008)。近年來，由于過度捕撈，自然資源急劇下降，人工養殖業快速發展，形成了刺參“北參南養”和皺紋盤鮑養殖“南北接力”的新型養殖模式，成為我國海水養殖新的增長點。目前，刺參、皺紋盤鮑增養殖苗種來源以人工育苗為主，其種質情況和遺傳多樣性對增養殖產業的發展有重要影響。為保護刺參、皺紋盤鮑種質資源及其生存環境，保障增養殖業可持續發展，2010 年，農業部批準建立了千里巖海域國家級水產種質資源保護區，保護區總面積為1766.27 hm2，其中，核心區面積為202.29 hm2，實驗區面積為1563.98 hm2。特別保護期為3 月1 日―9 月30 日。保護區位于山東省海陽市千里巖島海域，主要保護對象為刺參、皺紋盤鮑，其他保護對象包括藍點馬鮫(Scomberomorusniphonius)、小黃魚(Larimichthys polyactis)、帶魚(Trichiurus lepturus) 、 中 國 對 蝦(Fenneropenaeus chinensis)、三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)、日本蟳(Charybdis japonica)等。

為全面掌握保護區生態環境和資源狀況，參考農業部2011 年頒發的《水產種質資源保護區管理暫行辦法》，2015―2018 年對千里巖海域國家級水產種質資源保護區水環境、沉積物環境、海洋生物開展全面調查與評價，調查了刺參、皺紋盤鮑資源概況，并通過刺參線粒體DNA (mtDNA)控制區(D-Loop)全序列，對該保護區野生刺參種群遺傳多樣性進行研究，評價該保護區海洋生態環境、保護對象遺傳多樣性狀況，分析保護區管理存在的問題，為更好地開展水產種質資源保護區評價和管理工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2015―2018 年，在保護區及鄰近海域設置4 個水質站位(圖1)，采樣分為表層(0.5 m)、中層(10 m)和底層(距離海底2 m)，其中，3 號站位兼采沉積物和海洋生物。每年5 月和8 月，水質和浮游動植物各采樣監測1 次，沉積物和底棲生物樣品僅8 月采樣監測1 次，采樣深度為33 m。樣品采集、處理方法按照《海洋監測規范》(GB17378.3-2007)相關規定執行。2018 年，在保護區海底隨機采集規格≥150 g 的刺參20 只以上，活體冷藏送至實驗室。每只刺參解剖取縱肌約0.5 g，放于獨立的1.5 mL 凍存管，-80℃冷凍保存。

圖1 千里巖海域國家級水產種質資源保護區站位Fig.1 Sample stations of Qianliyan national aquatic germplasm reserve

1.2 參數與分析

水環境參數：鹽度、pH、溶解無機氮(DIN)(亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮之和)、溶解無機磷(DIP)(活性磷酸鹽)、化學需氧量(COD)、溶解氧(DO)、總氮(TN)、總磷(TP)、重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As、石油類，按照《海洋監測規范》(GB 17378.4-2007)規定的方法執行。

沉積物環境參數：有機碳、硫化物、石油類、重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd 和Hg)及As，按照《海洋監測規范》(GB 17378.5-2007)規定的方法執行。

海洋生物：葉綠素a、浮游植物、大型浮游動物、小型浮游動物、底棲生物，按照《海洋監測規范》(GB 17378.7-2007)規定的方法執行。

水環境pH、無機氮、活性磷酸鹽、COD、DO均按《海水水質標準》(GB 3097-1997)Ⅰ類標準進行評價；重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As、石油類按《漁業水質標準》(GB 11607-1989)進行評價；海洋沉積物硫化物、有機碳、石油類、重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As 均按《海洋沉積物質量》(GB 18668-2002)Ⅰ類標準進行評價。

遺傳多樣性分析參照劉麗娟等(2021)的方法，以2 條特異性引物進行PCR 擴增，引物序列為CS-F：TCGTAACATAGTAGGTGTACC；CS-R：CAACCCAT ACTGCTGTAAAC，PCR 產物雙向測序、剪切，獲得刺參D-loop 全序列，用MEGA 4.0 和DnaSP 5.0 進行分析。

1.3 評價方法

1.3.1 單因子污染指數法 單個污染物的污染指數(Pi)計算公式：

式中，Ci為污染物實測濃度，Si為污染物的標準濃度。

1.3.2 有機污染指數法(蔣國昌等, 1987) 有機污染指數(A)計算公式：

式中，A為有機污染指數，CODi、DINi、DIPi和DOi為實測值，CODs、DINs、DIPs和DOs為標準濃度。

1.3.3 Shannon-Weaver 多樣性指數法(Shannon, 1963)

生物多樣性指數(H′)計算公式：

式中，H′為生物多樣性指數，S為樣品中的種類數量，Pi為第i種的個體數與總個體數的比值。

1.3.4 單倍型多樣度、核苷酸多樣度指數法 刺參D-loop 序列用MEGA 4.0 和DnaSP 5.0 軟件進行分析，分別計算刺參群體的個體間遺傳距離、平均遺傳距離、單倍型多樣度、核苷酸多樣度、群體內序列間核苷酸差異的平均數和中性檢驗Tajima'sD值等遺傳多樣性指標。

2 結果與分析

2.1 水環境質量

2.1.1 單因子指數評價 2015―2018 年的海水監測結果顯示，保護區所有站位的 pH 變化范圍為8.06～8.26，DO 為6.37～10.98 mg/L，均達Ⅰ類水質標準；鹽度變化范圍為30.330～32.412；COD、DIP、DIN、石油類(圖2)和重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd、Pb及As) (圖3)的污染指數Pi＜1，均不存在污染(Pi＜1，不存在污染；Pi≥1，存在污染)。其中，DIP 污染指數Pi變化范圍為0.009～0.016，顯示該海區DIP 遠低于Ⅰ類海水水質標準。

圖2 海水COD、DIP、DIN 和石油類單因子評價結果Fig.2 Evaluation results of single factors including COD, DIP, DIN, and petroleum in seawater

圖3 海水Cu、Zn、Hg、Cd、Pb 和As 單因子評價結果Fig.3 Evaluation results of single factors including Cu, Zn,Hg, Cd, Pb, and As in seawater

保護區海水的潛在性富營養化評價結果顯示(表1)，DIN 變化范圍為0.020～0.199 mg/L，均低于0.2 mg/L，DIP 范圍為未檢出～0.0096 mg/L，均遠低于0.03 mg/L，評價等級為Ⅰ級貧營養。氮磷比(N/P)范圍為42.8～603.0，顯著高于Redfield 比值(Redfield, 1958)，顯示該海區N/P 失衡，P 含量偏低。

表1 富營養化評價參數統計Tab.1 List of eutrophication assessment parameters

按有機污染指數法評價標準(蔣國昌等, 1987)，2015―2018 年海水有機污染的評價結果顯示(圖4)，2015 年8 月水質較好(0＜A≤1)，其他監測時間水質均良好(A≤0)，保護區水環境質量總體良好。

圖4 海水有機污染指數評價結果Fig.4 Organic pollution index in seawater

2.2 沉積物環境質量

2015―2018 年，保護區沉積物硫化物、有機碳、石油類、重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As 含量見表2，所有參數的污染指數Pi＜1，滿足保護區要求的海洋沉積物質量標準，保護區沉積物環境良好。

表2 沉積物檢測結果統計Tab.2 Test results of sediment

2.3 海洋生物群落特征

2015―2018 年，保護區所有監測站位葉綠素平均含量為0.04～0.91 μg/L；2015 年5 月平均值最高，為0.80 μg/L，2018 年5 月最低，為0.12 μg/L；葉綠素含量較低，變化不大。

浮游植物和浮游動物每航次采樣。但由于該海區水深在30 m 以上，僅2017 年8 月、2018 年8 月成功采得底棲生物樣品。海洋生物多樣性指數見表3 和圖5。保護區每航次檢出浮游植物9～24 種不等，種類以硅藻(Diatom)為主，其中，角毛藻(Chaetocerossp.)、圓篩藻(Coscinodiscussp.)最為常見，每航次的浮游植物密度從2018 年5 月的2.9×104cell/m3升至2015 年8 月的3.2×105cell/m3，與2013 年的研究結果基本一致(寧璇璇等, 2014)。每年5 月檢出浮游植物的種類、數量、生物多樣性指數均低于該年度8 月。2016 年5 月的H′=1.07，2018 年5 月H′=1.77，浮游植物生物多樣性一般，其他航次均H′≥2，顯示該保護區浮游植物多樣性較高，生態結構穩定。

圖5 海洋生物多樣性評價Fig.5 Marine biodiversity evaluation

表3 生物多樣性指數Tab.3 Statistics of biodiversity indices H′

每航次采集到的大型浮游動物種類有9～14 種，最常見的優勢種為強壯濱箭蟲(Aidanosagitta crassa)和中華哲水蚤(Calanus sinicus)。最低密度8 ind./m3出現在2018 年8 月，最高密度2317 ind./m3出現于2018 年5 月。與浮游植物相反，每年5 月大型浮游動物的數量、生物多樣性指數均高于該年度8 月。2016 年5 月、2018 年5 月生物多樣性偏低(H′=0.82、H′=0.22)，經分析認為，原因是該海區中華哲水蚤(優勢度為86.6%)和夜光蟲(Noctiluca scintillans)(優勢度為97.0%)大量繁殖所致；2015 年8 月生物多樣性一般；其他航次生物多樣性較高(H′≥2)。

每航次采集到小型浮游動物種類7～29 種，最常見優勢種為強壯濱箭蟲和近緣大眼劍水蚤(Corycaeus affinis)。最低密度17 ind./m3出現于2018 年8 月，最高密度14571 ind./m3出現于2016 年5 月；2015 年8月多樣性指數H′=0.93，顯示小型浮游動物多樣性偏低，小擬哲水蚤(Paracalanus parvus)優勢度達84.8%；2015 年5 月和2018 年8 月，H′分別為1.33、1.43；其他航次均H′≥2。顯示該保護區浮游動物多樣性通常較高，生態結構穩定。

2017、2018 年分別檢出底棲生物7 種、10 種，密度為110～120 ind./m2，均比較穩定。優勢種為口蝦蛄幼體(Oratosquilla oratoria lavar)，常見種包括東方縫 棲 蛤(Hiatella orientalisYokoyama) 、 小 頭 蟲(Capitella capitataFabriceus)、不倒翁蟲(Sternaspis scutataRenier)、櫻蛤科(Tellinidae)、沙蠶科(Nereidae)。生物多樣性指數H′≥2，顯示該保護區底棲生物多樣性通常較高，生態結構穩定。

千里巖海域國家級水產種質資源保護區的海洋生物種類豐富，多樣性指數以較高水平為主，偶爾出現單種浮游動物大量增殖、多樣性指數偏低現象。

2.4 刺參遺傳多樣性

2018 年，在保護區采集野生刺參樣本21 個，對每個刺參DNA 進行PCR 擴增，測序獲得的mtDNA序列經MEGA 4.0 比對、剪切后，獲得453～459 bp的刺參mtDNA D-loop 全序列。采用MEGA 4.0、DnaSP 5.0 分析各遺傳多樣性數據，結果見表4。分析可見，采集的刺參單倍型多樣度處于較高水平。核苷酸多樣度分別為0.033，與中國、韓國和俄羅斯沿海8 個刺參群體的D-loop 序列分析結果比較，僅次于韓國浦項的黃參(0.0441)和青島太平角的刺參(0.0345)，高于煙臺長島的刺參(0.0109)，且遠高于8 個刺參的總體(0.0159)(王錦錦等, 2020)，略低于大連、朝鮮羅津、俄羅斯海參崴刺參(姬南京等, 2014)和小石島刺參國家級水產種質資源保護區刺參(陶翠花, 2009; 劉麗娟等, 2021)，顯示千里巖保護區刺參遺傳多樣性較高，種質資源較豐富。中性檢驗結果Tajima′sD=-1.15，表明群體偏離了中性模式，可能受到群體擴張和自然選擇的作用，但統計學上差異不顯著(P＞0.10)。

表4 2018 年千里巖保護區刺參遺傳多樣性指數Tab.4 The genetic diversity indices of A. japonicus in Qianliyan reserve in 2018

2.5 保護生物資源概況

千里巖海域國家級水產種質資源保護區主要保護對象為刺參、皺紋盤鮑，是我國少數幾個未被開發的刺參、皺紋盤鮑原種產地之一。保護區刺參資源較為豐富，主要分布在千里巖島海岸線100 m 以內，在島嶼東南側及島嶼中部山腰處較為集中。據調查，該海區刺參生物量從2010 年的6.33 g/m2降至2015 年的4.37 g/m2，資源量下降31%；通過走訪調查發現，2017、2018 年千里巖海域刺參捕撈產量有所回升，顯示刺參資源量略有恢復；但保護區皺紋盤鮑極少，基本形不成產量，且在調查過程中未采集到樣品。

3 討論

2015―2018 年，千里巖海域國家級水產種質資源保護區海水水質一直優良，較2012、2013 年該海域水質(曲琳, 2014)有所提高，優于海州灣大竹蟶種質資源保護區(夏斌等, 2014; 尚聰聰等, 2021)、前三島海域國家級水產種質資源保護區(王珍珍等, 2019)和小石島刺參國家級水產種質資源保護區(劉麗娟等,2021)，顯著優于靖海灣松江鱸魚種質資源保護區(崔毅等, 2013; 滕瑤等, 2018)。主要由于該保護區位于南黃海，所在海域開闊，海水交換和自凈能力強，且千里巖島為無居民海島，周邊現無開發活動，距陸地最近點海陽市鳳城碼頭24.8 n mile，受人類活動影響小。葉綠素a是研究海洋浮游植物生物量與初級生產力的重要指標(Hensonet al, 2010)。千里巖保護區葉綠素a含量遠低于2015 年夏季渤海灣(王毅波等,2019)和2010―2011 年膠州灣(王玉玨等, 2015)，可見該海域初級生產力水平較低，分析認為與該海域營養鹽含量低、氮磷比失衡有關。

保護區海洋生態環境總體良好，生物多樣性豐富，浮游生物調查常見蝦類幼體、腹足類幼體、雙殼類幼體和魚卵、仔稚魚，可見保護區內有多種經濟生物自然繁殖。但主要保護對象刺參資源量下降，遺傳多樣性稍低于小石島刺參國家級水產種質資源保護區(劉麗娟等, 2021)；皺紋盤鮑資源極少，綜合保護效果與小石島保護區相比尚有很大差距。分析認為，一是受自然影響：冬季持續低溫、夏季連續高溫和持續降雨、綠潮等可能影響保護對象的生長和繁殖；二是人為造成：千里巖保護區的特別保護期為3 月1 日―9 月30 日，由于保護區沒有明確的范圍和位置標識，且缺乏專人管理，保護區內常有漁民從事捕撈生產，必然影響保護對象的資源量；三是與保護對象的生活習性有關：刺參、皺紋盤鮑作為底棲生物，活動范圍有限，很難從臨近海域獲得資源補充，并且由于生長、發育緩慢，分別在2 齡和3 齡達到性成熟，在持續捕撈壓力下，資源量難以通過自然繁殖恢復。

近年來，通過千里巖保護區海域附近航道的貨船數量不斷增加，且千里巖島作為海陽市最大的島嶼，具有得天獨厚的自然優勢，開發利用的呼聲很高，可能對保護區帶來更多影響(曲琳, 2014)。因此，應采取積極措施，保護、恢復海洋生物資源，維護保護區環境和種質資源保護與當地經濟發展之間的平衡。針對千里巖海域國家級水產種質資源保護區資源與環境保護現狀，認為應從以下方面開展工作：一是廣泛進行水產種質資源保護的重要性宣傳，提高附近進行生產作業的漁民水產種質資源保護意識；二是加大管理力度，堅決杜絕違規在保護區進行捕撈作業行為；三是在保護區外圍海域設置浮標等標志，明確保護區的范圍；四是開展資源恢復工作，以保護區捕撈的刺參、皺紋盤鮑為親體進行人工繁育，將子一代大規格苗種投放于保護區；五是根據實際情況，調整延長特別保護期。